BỘ GIÁO DỤC VÀO ĐÀO TẠO ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Bộ Môn Cơ Sở Kỹ Thuật Điện
Chương :: DIODE VÀ MẠCH Chương ỨNG DỤNG
2.1 Diode chỉnh lưu 2.1.1 Cấu tạo
Maët gheùp
ù
Cathode
Anode
á
P
c u x p e
ø
i t
N ö t
ø
P
N
g n ô ö r t
g ùn ô ö h
ä
ù
i
o c
n e Ñ
Vuøng ngheøo
Cathode (K)
Anode (A)
Ký hiệu:
Thực tế:
2
2.1 Diode chỉnh lưu 2.1.2 Đặc tuyến Volt Ampere
IAK (mA)
Cathode (K)
Anode (A)
Vùng đánh thủng
Vùng dẫn VAK > Vγ
VBR Vùng phân cực ngược
VAK
(V)
3
Vùng phân cực thuận nhưng chưa dẫn VAK < Vγ
2.1.3 Các tham số của Diode a. Điện trở tĩnh (điện trở dc)
4
2.1.3 Các tham số của Diode b. Điện trở động (điện trở ac)
Nếu vùng làm việc của Diode được xem là tuyến tính thì:
Mà:
Suy ra
5
Do ID >> IS nên
2.1.3 Các tham số của Diode c. Mô hình tương đương của Diode
K A
V = 0
Mô hình Diode lý tưởng Vγ= 0
A K
Cathode (K)
Anode (A)
A K V
V
Mô hình sụt áp là hằng số
RD
A K V
V
6
Mô hình gần đúng chính xác
2.1.3 Các tham số của Diode d. Điện dung của Diode
Gây tác động (ngắn mạch) khi Diode hoạt động ở tần
số cao. Gồm 2 loại:
Điện dung chuyển tiếp (CT: transistion)
: Vùng tiếp xúc: điện tích trái dấu, cách điện tụ điện có điện dung là CT Giá trị CT phụ thuộc vào bề rộng vùng tiếp xúc (bề rộng vùng nghèo) CT tác động khi Diode
7
phân cực ngược (đáng kể) phân cực thuận (ko đáng kể)
2.1.3 Các tham số của Diode d.Điện dung của Diode
Điện dung khuếch tán (CD: diffusion)
• CD phụ thuộc tốc độ các điện tích được phun vào các vùng nằm ngoài vùng nghèo. • CD tỉ lệ thuận với điện áp phân cực thuận cho Diode
Q: điện tích miền nền của diode
8
2.1.3 Các tham số của Diode d. Điện dung của Diode
9
Đặc tuyến quan hệ giữa điện dung của Diode và điện áp phân cực cho Diode
2.1.3 Các tham số của Diode e.Thời gian khôi phục ngược
id
ts: thời gian trữ
Iforward
tt: thời gian dòng điện giảm về 0
t
Ireverse
trr: tổng thời gian khôi phục ngược
tt
ts
trr
10
2.1.3 Các tham số của Diode f.Ảnh hưởng của nhiệt độ
11
Những đường đặc tính của Diode khi nhiệt độ thay đổi
2.1.4.Các thông số giới hạn của Diode
12
Datasheet của Diode
13
Điện tử cơ bản 1
14
Datasheet của Diode
15
16
2.2 Các loại diode
17
Diode tách sóng : sử dụng tiếp xúc điểm để điện dung bé làm việc ở tần số cao
Diode tunnel : nồng độ tạp chất rất cao ứng dụng trong các mạch siêu cao tần
18
Diode biến dung: có lớp tiếp xúc đặt biệt để điện dung khá tuyến tính với điện áp ngược tạo sóng điều tần để điều chỉnh tần số
: Schottky
tiếp xúc Diode Schottky (bán dẫn, kim loại) ứng dụng cho những mạch cần tốc độ chuyển mạch cao.
Diode Zener : thường bằng vật liệu Si chịu nhiệt, tỏa nhiệt tốt hoạt động chủ yếu vùng zener (1,8 200)V
Diode phát quang: thường dùng bán dẫn hợp chất có mức Wg thay đổi , điều chỉnh theo nồng độ tạp chất, sử dụng yếu tố ánh sáng bước sóng nhìn thấy được khi phân cực thuận có sự tái hợp e- và lỗ trống
19
2.3. Các mạch ứng dụng của diode 2.3.1. Diode mắc nối tiếp và song song
Khi VA= E < VK, khi đó diode phân cực nghịch
ID = IR = 0mA ; VR = R.IR = 0V ; VD = E - VR = E
20
2.3. Các mạch ứng dụng của diode 2.3.1. Diode mắc nối tiếp và song song Khi VA= E > VK, diode phân cực thuận, mạch được xem mạch kín thay Diode bằng mô hình lý tưởng
ID = IR = E/R (mA) ; VR = E ; VD = 0
21
2.3 Các mạch ứng dụng của diode 2.3.2. Mạch chỉnh lưu (Rectifier)
Giá trị trung bình
Một cách tổng quát, tổng đại số diện tích trong một chu kỳ T của một sóng tuần hoàn v(t) được tính bằng công thức:
T
S
v t dt ( ).
0
Do đó giá trị trung bình được tính bằng công thức:
T
v t dt ( ).
DCV
1 T
0
22
2.3 Các mạch ứng dụng của diode 2.3.2. Mạch chỉnh lưu (Rectifier)
V
0
DC
V
V
rms
Max 2
V
0, 637
DC
V M
ax
V 2 Max
V
V
rms
Max 2
V
0,318
DC
V M
ax
V Max V
V
rms
Max 2
23
VÍ DỤ
2.3.2. Mạch chỉnh lưu (Rectifier) a. Chỉnh lưu bán kỳ (Half Wave Rectifier)
D
a
Np : Ni
Vim
VLm
RL
Vi
Vp
AÙp u 2
AC 220V
+ VL -
0V
T
b
T/2
Vi
VL
0
Time
N P N
V P V i
i Điện áp trung bình trên tải
T
V
dt
V
sin
dt t
DC
tV L
Lm
1 T
1 2
V Lm
VV im
0
0
24
2.3.2. Mạch chỉnh lưu (Rectifier) a. Chỉnh lưu bán kỳ (Half Wave Rectifier)
D
a
Np : Ni
+
VL
RL
Vi
Vp
AÙp u
2
AC 220V
-
b
0
Dòng trung bình trên tải
I
DC
V DC R
L
Dòng trung bình qua Diode
I
I
DC
DC
DIODE
PIV
imV
Điện áp ngược cực đại trên Diode (PIV – Peak Inverse Voltage)
25
2.3.2. Mạch chỉnh lưu (Rectifier) b. Chỉnh lưu toàn kì dùng biến áp có dây trung tính (Full Wave Rectifier )
D1
Va
+
Vi
RL
VL -
AC 220V
Vi
0
Vb
D2
26
2.3.2. Mạch chỉnh lưu (Rectifier) b. Chỉnh lưu toàn kì dùng biến áp có dây trung tính (Full Wave Rectifier ) Vim
VLm
0V
T
T/2
Time
T
VV i
V
sin
2
2
2 V
dt t
DC
tV dt L
Lm
1 2
1 T
0
V Lm I
0
I
DC
I
DC
DIODE
V DC R
L
DC 2
PIV
2
V
im
V
27
2.3.2. Mạch chỉnh lưu (Rectifier) c. Chỉnh lưu toàn kỳ dùng cầu Diode
+
D1
D2
a
VL
RL
Vi
AC 220v
b
D4
D3
-
0
28
c. Chỉnh lưu toàn kỳ dùng cầu Diode
10V
Vim
VLm
5V
0V
-5V
-10V
Time
V
im
2 V
I
V
2
2
DC
I
DC
DIODE
V Lm
DC 2
PIV
im V
V
I
DC
V DC R
L
29
2.3.3. Mạch xén Mạch xén nối tiếp
VIn(t) +VMax
Vi Vo
t
0
-VMax
VOut(t) +VMax
VIn(t) +VMax
Vo Vi
t
0
t
0
-VMax
-VMax
VOut(t) +VMax
t
0
-VMax
30
Vo Vi
2.3.3. Mạch xén Mạch xén song song
VIn(t) +VMax
t
0
-VMax
VOut(t) +VMax
VIn(t) +VMax
Vo Vi
t
0
t
0
-VMax
-VMax
31
2.3.4. Mạch kẹp – Mạch dời mức DC (Clampers)
Mạch kẹp
Bán kì âm
32
Bán kì dương
Mạch nhân áp Mạch nhân áp bán kì
+ Vp -
-
Vo= 2Vp
33
+
Diode zener
A
IAK
K
Cấu tạo Cấu tạo
Vz
.7
Thường cấu tạo bằng Si
VAK
0v .6 Izmin
Phân cực thuận:
Vuøng Zener
Hoạt động giống diode thường (Vγ= 0.7V, Si)
Izmax
Ñaëc tuyeán giôùi haïn coâng suaát
34
VZ: Điện áp ghim của zener
IAK
Diode zener Phân cực ngược:
Vz
.7
VAK 0v .6 Izmin
Vuøng Zener
Izmax
A
Ñaëc tuyeán giôùi haïn coâng suaát
K
VKA VZ và IZmin IZ IZmax: zener
dẫn ngược VKA= VZ, IZ 0
VKA < VZ: zener không dẫn, IZ= 0
VZ: Điện áp ghim của zener
35
Ứng dụng phân cực ngược làm mạch ổn áp Thực tế 1.8V VZ 200V, công suất 0.25W : 50W
